JPH09172317A - 多層統合電力分配装置 - Google Patents
多層統合電力分配装置Info
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- JPH09172317A JPH09172317A JP8189218A JP18921896A JPH09172317A JP H09172317 A JPH09172317 A JP H09172317A JP 8189218 A JP8189218 A JP 8189218A JP 18921896 A JP18921896 A JP 18921896A JP H09172317 A JPH09172317 A JP H09172317A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/065—Patch antenna array
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 指向性ビームアンテナを利用し、信号振幅、
信号干渉及び多重通路ひずみに基づいて適切な伝送路を
選択する通信システムを提供する。 【解決手段】 本発明は、指向性ビーム幅機能を提供す
るために、送信機及び受信機のアンテナアレーで切り替
わるバトラマトリクス結合器及び回路を用い無線通信シ
ステムを提供する。そのような狭ビーム幅は、通信シス
テムが最適な信号品質を有する伝送路を判定し、選択す
ることを可能にする。アンテナアレーは、消費電力を抑
えて、有効範囲を広げ、アンテナアレーの効率を改善
し、製造コストを低くする多層構造に統合化されてい
る。
信号干渉及び多重通路ひずみに基づいて適切な伝送路を
選択する通信システムを提供する。 【解決手段】 本発明は、指向性ビーム幅機能を提供す
るために、送信機及び受信機のアンテナアレーで切り替
わるバトラマトリクス結合器及び回路を用い無線通信シ
ステムを提供する。そのような狭ビーム幅は、通信シス
テムが最適な信号品質を有する伝送路を判定し、選択す
ることを可能にする。アンテナアレーは、消費電力を抑
えて、有効範囲を広げ、アンテナアレーの効率を改善
し、製造コストを低くする多層構造に統合化されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速無線通信シス
テムのための指向性アンテナビーム分離のための装置と
方法に関する。
テムのための指向性アンテナビーム分離のための装置と
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通信システムは、パーソナル移動通信シ
ステム、屋内無線ネットワーク及び移動体セルラー無線
ネットワークによって急速に成長し、発展している。伝
送時に発生する多重通路ひずみ、信号振幅劣化及び信号
干渉などの自然現象によって、現在のデータ伝送速度
は、現在必要とされる約１０Ｍｂｐｓに制限される。し
かしながら、今後の通信システムのための予測は、その
ようなシステム上での伝送において期待されるデータ量
に対処するには、この１０Ｍｂｐｓのデータ速度は適切
でないことを示している。データ伝送速度を高めるため
に、そのような自然現象を克服する機能がある通信シス
テムが必要である。
ステム、屋内無線ネットワーク及び移動体セルラー無線
ネットワークによって急速に成長し、発展している。伝
送時に発生する多重通路ひずみ、信号振幅劣化及び信号
干渉などの自然現象によって、現在のデータ伝送速度
は、現在必要とされる約１０Ｍｂｐｓに制限される。し
かしながら、今後の通信システムのための予測は、その
ようなシステム上での伝送において期待されるデータ量
に対処するには、この１０Ｍｂｐｓのデータ速度は適切
でないことを示している。データ伝送速度を高めるため
に、そのような自然現象を克服する機能がある通信シス
テムが必要である。
【０００３】データ速度を高めるために、アンテナ素子
を適応結合器と結合するという試みがある。さらに、信
号対雑音比を修正して信号干渉及び多重通路ひずみを減
少させるために、種々のアンテナ素子の信号品質を分析
し、送信機及び受信機のアンテナセクタの最も良い組合
せから選択する技術が実用化されている。しかしなが
ら、適切な策をサンプルして選択する技術は、典型的に
は、受信機用の低雑音プリアンプ及び／又は送信機用の
高利得アンプなどの能動素子をそれぞれのアンテナ素子
において必要とする。また、多くの能動素子を有する遠
隔の送信機及び受信機に高指向性適応アンテナアレーを
採用すると、送信機及び受信機（特に、ミリメートル周
波数スペクトルで動作する送信機及び受信機）のコスト
が著しく高くなってしまう。
を適応結合器と結合するという試みがある。さらに、信
号対雑音比を修正して信号干渉及び多重通路ひずみを減
少させるために、種々のアンテナ素子の信号品質を分析
し、送信機及び受信機のアンテナセクタの最も良い組合
せから選択する技術が実用化されている。しかしなが
ら、適切な策をサンプルして選択する技術は、典型的に
は、受信機用の低雑音プリアンプ及び／又は送信機用の
高利得アンプなどの能動素子をそれぞれのアンテナ素子
において必要とする。また、多くの能動素子を有する遠
隔の送信機及び受信機に高指向性適応アンテナアレーを
採用すると、送信機及び受信機（特に、ミリメートル周
波数スペクトルで動作する送信機及び受信機）のコスト
が著しく高くなってしまう。
【０００４】また、最も良い伝送路を判定するために分
析される規準は信号振幅である。例えば、トマス Ａ．
フリーバーグの「無線構内通信のための技術を可能にす
る−４つの挑戦、４つの解決策」と題される記述では、
データを送受信するのに使用される６個の６０°等方性
アンテナを有するアンテナが記載されている。信号サン
プリング及び選択プロトコルによって、個々のデータ伝
送における送信機及び受信機セクタ間の信号の最も良い
対応関係が特定される。どの送信及び受信アンテナセク
タが所望の信号を提供するのかを判定するのにサンプリ
ング及び選択プロトコルによって使用される規準は、信
号振幅である。しかしながら、単独で信号振幅を使用す
ることは、選択される伝送路が最適な経路であるわけで
はない。
析される規準は信号振幅である。例えば、トマス Ａ．
フリーバーグの「無線構内通信のための技術を可能にす
る−４つの挑戦、４つの解決策」と題される記述では、
データを送受信するのに使用される６個の６０°等方性
アンテナを有するアンテナが記載されている。信号サン
プリング及び選択プロトコルによって、個々のデータ伝
送における送信機及び受信機セクタ間の信号の最も良い
対応関係が特定される。どの送信及び受信アンテナセク
タが所望の信号を提供するのかを判定するのにサンプリ
ング及び選択プロトコルによって使用される規準は、信
号振幅である。しかしながら、単独で信号振幅を使用す
ることは、選択される伝送路が最適な経路であるわけで
はない。
【０００５】したがって、指向性ビームアンテナを利用
して、信号振幅、信号干渉及び多重通路ひずみに基づい
て適切な伝送路を選択する通信システムが必要である。
また、通信システムにおいて利用する低コストの指向性
ビームアンテナアレーが必要である。
して、信号振幅、信号干渉及び多重通路ひずみに基づい
て適切な伝送路を選択する通信システムが必要である。
また、通信システムにおいて利用する低コストの指向性
ビームアンテナアレーが必要である。
【０００６】本発明は、消費電力を抑え、有効範囲を広
くし、アンテナアレーの効率を改良し、そして低い製造
コストの多層流線形アンテナアレー構造を提供する。多
層アンテナアレーは、選択制御可能なスイッチマトリク
ス（ダイオードアレースイッチマトリクスが望ましい）
を有する第１層を含む。スイッチマトリクスは、入力ポ
ート及び複数の出力ポートを有する。バトラマトリクス
の第１アレーを有する第２層は、第１層から変位されて
いる。それぞれのバトラマトリクスアレーは複数の入力
ポートと複数の出力ポートを有し、１つの入力ポートが
対応するスイッチマトリクス出力ポートに接続される。
望ましくは、バトラマトリクスの第１アレーは、Ｘ軸に
沿った入力信号の位相を配列して構成される。バトラマ
トリクスの第２アレーを有する第３層は、第２層から変
位されている。第３層のためのそれぞれのバトラマトリ
クスアレーは、複数の入力ポートと複数の出力ポートが
あり、１つの入力ポートが第１アレーの対応する出力ポ
ートに接続される。望ましくは、バトラマトリクスの第
２アレーは、Ｙ軸に沿った入力信号の位相を配列して構
成される。また、アンテナアレーは、その上に置かれる
パッチアンテナなどの複数のアンテナ素子を有する第４
層を含む。それぞれのアンテナ素子は、バトラマトリク
スの第２アレーの対応する出力に結合される。
くし、アンテナアレーの効率を改良し、そして低い製造
コストの多層流線形アンテナアレー構造を提供する。多
層アンテナアレーは、選択制御可能なスイッチマトリク
ス（ダイオードアレースイッチマトリクスが望ましい）
を有する第１層を含む。スイッチマトリクスは、入力ポ
ート及び複数の出力ポートを有する。バトラマトリクス
の第１アレーを有する第２層は、第１層から変位されて
いる。それぞれのバトラマトリクスアレーは複数の入力
ポートと複数の出力ポートを有し、１つの入力ポートが
対応するスイッチマトリクス出力ポートに接続される。
望ましくは、バトラマトリクスの第１アレーは、Ｘ軸に
沿った入力信号の位相を配列して構成される。バトラマ
トリクスの第２アレーを有する第３層は、第２層から変
位されている。第３層のためのそれぞれのバトラマトリ
クスアレーは、複数の入力ポートと複数の出力ポートが
あり、１つの入力ポートが第１アレーの対応する出力ポ
ートに接続される。望ましくは、バトラマトリクスの第
２アレーは、Ｙ軸に沿った入力信号の位相を配列して構
成される。また、アンテナアレーは、その上に置かれる
パッチアンテナなどの複数のアンテナ素子を有する第４
層を含む。それぞれのアンテナ素子は、バトラマトリク
スの第２アレーの対応する出力に結合される。
【０００７】望ましくは、多層アンテナアレーの各層は
ストリップライン構造で構成される。ストリップライン
構造は、各層の周りに配置され、誘電材料によってそこ
から変位された２つの平行な銅接地面を含む。
ストリップライン構造で構成される。ストリップライン
構造は、各層の周りに配置され、誘電材料によってそこ
から変位された２つの平行な銅接地面を含む。
【０００８】また、本発明は、高速無線データ伝送のた
めの通信システムを提供する。通信システムは、第２層
上に配置される少なくとも１つのバトラマトリクスアレ
ーに結合される第１層上に配置される複数のアンテナ素
子を有する少なくとも１つの多層アンテナアレーを含
む。望ましくは、バトラマトリクスアレーは、１つの出
力が１つのアンテナ素子と結合されている複数の出力を
有する。さらに、バトラマトリクスアレーは、データ伝
送信号と選択的に結合される複数の入力を有する。送信
機ネットワークは、アンテナアレーによる伝送用のデー
タ伝送信号を生成し、処理するために提供される。送信
機ネットワークは、少なくとも１つのバトラマトリクス
アレーの１つの入力に選択的に接続可能な出力ポートを
含む。プロセッサは、送信機ネットワークと、バトラマ
トリクスアレーの複数の入力ポートの少なくとも１つに
送信機ネットワークの出力ポートを接続する手段とに結
合される。
めの通信システムを提供する。通信システムは、第２層
上に配置される少なくとも１つのバトラマトリクスアレ
ーに結合される第１層上に配置される複数のアンテナ素
子を有する少なくとも１つの多層アンテナアレーを含
む。望ましくは、バトラマトリクスアレーは、１つの出
力が１つのアンテナ素子と結合されている複数の出力を
有する。さらに、バトラマトリクスアレーは、データ伝
送信号と選択的に結合される複数の入力を有する。送信
機ネットワークは、アンテナアレーによる伝送用のデー
タ伝送信号を生成し、処理するために提供される。送信
機ネットワークは、少なくとも１つのバトラマトリクス
アレーの１つの入力に選択的に接続可能な出力ポートを
含む。プロセッサは、送信機ネットワークと、バトラマ
トリクスアレーの複数の入力ポートの少なくとも１つに
送信機ネットワークの出力ポートを接続する手段とに結
合される。
【０００９】通信システムは、多層アンテナアレーと結
合され、データ伝送信号を受信するように構成される受
信機ネットワークを更に含む。
合され、データ伝送信号を受信するように構成される受
信機ネットワークを更に含む。
【００１０】望ましくは、通信システムプロセッサは、
どの送信機アンテナ素子とどの受信機アンテナ素子が最
適な伝送路を提供するのかを判定する選択手段を含む。
最適な伝送路の判定は、信号対雑音比と多重通路信号ひ
ずみに基づく。
どの送信機アンテナ素子とどの受信機アンテナ素子が最
適な伝送路を提供するのかを判定する選択手段を含む。
最適な伝送路の判定は、信号対雑音比と多重通路信号ひ
ずみに基づく。
【００１１】また、本開示は、信号対雑音比及び多重通
路信号ひずみに基づいた狭ビームの無線伝送ネットワー
クにおける最適な伝送路を判定する方法を提供する。
路信号ひずみに基づいた狭ビームの無線伝送ネットワー
クにおける最適な伝送路を判定する方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本開示は、バトラマトリクス結合
器などの電力分配装置のアレーを使用する通信システム
と、指向性ビーム幅機能を提供するために送信機及び受
信機アンテナアレーにおける回線交換とに関する。その
ような狭ビーム幅によって、通信システムが最適な信号
品質を有する伝送路を判定し、選択することが可能とな
る。図１に示すように、通信システムに利用されるアン
テナアレー１０は、多層構造で統合化され、この多層構
造は、消費電力を抑え、有効範囲を広げ、アンテナアレ
ーの効率を改良し、そして製造コストをより低いものに
する。
器などの電力分配装置のアレーを使用する通信システム
と、指向性ビーム幅機能を提供するために送信機及び受
信機アンテナアレーにおける回線交換とに関する。その
ような狭ビーム幅によって、通信システムが最適な信号
品質を有する伝送路を判定し、選択することが可能とな
る。図１に示すように、通信システムに利用されるアン
テナアレー１０は、多層構造で統合化され、この多層構
造は、消費電力を抑え、有効範囲を広げ、アンテナアレ
ーの効率を改良し、そして製造コストをより低いものに
する。
【００１３】本発明による通信システムは、セルラー通
信などの高速屋外無線通信に加え、高速屋内無線通信に
も用いられるであろう。図１〜７に示される統合アンテ
ナアレーの記載は、屋内無線通信アプリケーションのた
めの典型的なアンテナアレー構造に関する。屋内無線通
信では、半球形（すなわち３６０°）の可視領域で１５
°以下のビーム幅が好ましい。この規準を満たすため
に、バトラマトリクスによって供給される７個の１６素
子アレーアンテナが利用される。
信などの高速屋外無線通信に加え、高速屋内無線通信に
も用いられるであろう。図１〜７に示される統合アンテ
ナアレーの記載は、屋内無線通信アプリケーションのた
めの典型的なアンテナアレー構造に関する。屋内無線通
信では、半球形（すなわち３６０°）の可視領域で１５
°以下のビーム幅が好ましい。この規準を満たすため
に、バトラマトリクスによって供給される７個の１６素
子アレーアンテナが利用される。
【００１４】図２及び３は、多層統合アンテナアレー１
０で利用される１つの４ｘ４バトラマトリクス１２の統
合ストリップライン構造及び対応する概略図を例示す
る。それぞれの４ｘ４バトラマトリクス１２は、４個の
入力ポート１４と４個の出力ポート１６及び１８を有す
る。それぞれの入力ポートは、たとえ信号が同じ周波数
帯域で結合されても固有の損失がないように、もう一方
の入力から減結合される。バトラマトリクスは、１つの
入力ポートに適用された信号がすべての出力ポートに等
しく分割されるように構成され、それぞれの出力ポート
の信号が実質的に同じ振幅を有することになるが、各出
力への位相は異なる。この構成で、出力ポートからの信
号の位相は、独特の狭ビームを形成し、それぞれの入力
ポートに特有である。
０で利用される１つの４ｘ４バトラマトリクス１２の統
合ストリップライン構造及び対応する概略図を例示す
る。それぞれの４ｘ４バトラマトリクス１２は、４個の
入力ポート１４と４個の出力ポート１６及び１８を有す
る。それぞれの入力ポートは、たとえ信号が同じ周波数
帯域で結合されても固有の損失がないように、もう一方
の入力から減結合される。バトラマトリクスは、１つの
入力ポートに適用された信号がすべての出力ポートに等
しく分割されるように構成され、それぞれの出力ポート
の信号が実質的に同じ振幅を有することになるが、各出
力への位相は異なる。この構成で、出力ポートからの信
号の位相は、独特の狭ビームを形成し、それぞれの入力
ポートに特有である。
【００１５】マトリクスのための入力ポート１４は、ハ
イブリッドカプラ２２を介して交差ネットワーク２０と
結合される。望ましくは、ハイブリッドカプラは、入力
ポートに最も近い出力ポートの位相を９０°遅らしてい
る２個の出力ポートの間の入力電力を等しく分配するよ
うに構成される。交差ネットワークは、１つの層で交差
しているストリップラインを維持している間ずっと、カ
スケード内でそのような２つの２ｘ２バトラマトリクス
によって規定され、出力を電磁結合しないで出力のシー
ケンスの位置を再命令するように提供される。交差ネッ
トワークのより詳細な記述は、Ｊ．Ｓ．ワイト、Ｗ．
Ｊ．チュドビアック、及びＶ．マキオスの「マイクロス
トリップ及びストリップライン交差構造」（マイクロ波
の理論及び技術に関するＩＥＥＥ会報、１９７６年５
月、２７０ページ参照）に記載される。ハイブリッドカ
プラ２４は、カプラ２２と同様に電力損失と位相偏移特
性を有し、高速フーリエ変換の直交した等しい振幅方法
ですべての出力ポートにそれぞれの入力ポートの結合を
遂行するために提供される。出力ポート１６は、示され
るように、交差ネットワーク２８を介してマトリクスと
結合され、出力ポート１８はハイブリッドカプラ２４に
結合される。図２及び３に示される構成は、狭ビーム送
電容量を本発明のシステムに提供する。
イブリッドカプラ２２を介して交差ネットワーク２０と
結合される。望ましくは、ハイブリッドカプラは、入力
ポートに最も近い出力ポートの位相を９０°遅らしてい
る２個の出力ポートの間の入力電力を等しく分配するよ
うに構成される。交差ネットワークは、１つの層で交差
しているストリップラインを維持している間ずっと、カ
スケード内でそのような２つの２ｘ２バトラマトリクス
によって規定され、出力を電磁結合しないで出力のシー
ケンスの位置を再命令するように提供される。交差ネッ
トワークのより詳細な記述は、Ｊ．Ｓ．ワイト、Ｗ．
Ｊ．チュドビアック、及びＶ．マキオスの「マイクロス
トリップ及びストリップライン交差構造」（マイクロ波
の理論及び技術に関するＩＥＥＥ会報、１９７６年５
月、２７０ページ参照）に記載される。ハイブリッドカ
プラ２４は、カプラ２２と同様に電力損失と位相偏移特
性を有し、高速フーリエ変換の直交した等しい振幅方法
ですべての出力ポートにそれぞれの入力ポートの結合を
遂行するために提供される。出力ポート１６は、示され
るように、交差ネットワーク２８を介してマトリクスと
結合され、出力ポート１８はハイブリッドカプラ２４に
結合される。図２及び３に示される構成は、狭ビーム送
電容量を本発明のシステムに提供する。
【００１６】図４〜７は、統合アンテナアレー１０のた
めの層状の構成を例示する。図４及び７に示すように、
第１（又はトップ）層３０は、それに沿って配列された
アンテナ素子３２を有する。望ましくは、アンテナ素子
は、パッチアンテナの正方形のアレーによって規定され
る。しかしながら、他の知られたアンテナ素子には、例
えば、ダイポール、モノポール及びスロットのアンテナ
素子が利用される。望ましくは、それぞれのパッチアン
テナは、銅などの導通媒体内にエッチングされる。
めの層状の構成を例示する。図４及び７に示すように、
第１（又はトップ）層３０は、それに沿って配列された
アンテナ素子３２を有する。望ましくは、アンテナ素子
は、パッチアンテナの正方形のアレーによって規定され
る。しかしながら、他の知られたアンテナ素子には、例
えば、ダイポール、モノポール及びスロットのアンテナ
素子が利用される。望ましくは、それぞれのパッチアン
テナは、銅などの導通媒体内にエッチングされる。
【００１７】図４に示されるように、統合多層アンテナ
アレーの第２層３４は、垂直配列においてバトラマトリ
クス１２を含む。図５に示されるように、統合多層アン
テナアレーの第３層３６は、水平配列においてバトラマ
トリクス１２を含む。水平方向に配列されたバトラマト
リクスは、Ｘ軸に沿った位相数列を配列するために供給
され、垂直方向に配列されたバトラマトリクスは、Ｙ軸
に沿った位相数列を配列するために供給される。図６に
概略的に示される第４層３８は、最適な伝送路用に判定
された適切なバトラマトリクス入力へデータ伝送信号を
送るために使用されるダイオードスイッチマトリクスで
ある。この実施形態では、スイッチマトリクスは単一ポ
ールの、入力ポート４８と制御部６０に結合された制御
ライン４４有する複数の出力ポート５０を有する図８に
示される１６スローのＲＦスイッチである。
アレーの第２層３４は、垂直配列においてバトラマトリ
クス１２を含む。図５に示されるように、統合多層アン
テナアレーの第３層３６は、水平配列においてバトラマ
トリクス１２を含む。水平方向に配列されたバトラマト
リクスは、Ｘ軸に沿った位相数列を配列するために供給
され、垂直方向に配列されたバトラマトリクスは、Ｙ軸
に沿った位相数列を配列するために供給される。図６に
概略的に示される第４層３８は、最適な伝送路用に判定
された適切なバトラマトリクス入力へデータ伝送信号を
送るために使用されるダイオードスイッチマトリクスで
ある。この実施形態では、スイッチマトリクスは単一ポ
ールの、入力ポート４８と制御部６０に結合された制御
ライン４４有する複数の出力ポート５０を有する図８に
示される１６スローのＲＦスイッチである。
【００１８】導通バイアホール４０は、アンテナ素子３
２、バトラマトリクス１２、及びスイッチマトリクス３
８の間の信号接続に使用される。これら導通バイアホー
ルは、層の間にショーティングポストを形成するため
に、銅などの導通材料でメッキされる層の間の穴であ
る。
２、バトラマトリクス１２、及びスイッチマトリクス３
８の間の信号接続に使用される。これら導通バイアホー
ルは、層の間にショーティングポストを形成するため
に、銅などの導通材料でメッキされる層の間の穴であ
る。
【００１９】屋内無線アプリケーションのために記述さ
れる７層の実施形態のために、単一ポールの７スローの
ＲＦスイッチは、制御部１６によって７個のアレーの間
で選択するように制御される。完全なアンテナアレー
は、２０ＧＨｚ近くの周波数で上述のアンテナアレーを
利用しながら、アンテナのすきまを共有し、送信された
データを受け取るときに３６０°の指向性ビームの有効
範囲を提供し、及び／又は約１５°のビーム幅の多くの
狭ビームを放射するおよそ３立方インチ（４９．２立方
センチ）の空間を占める。
れる７層の実施形態のために、単一ポールの７スローの
ＲＦスイッチは、制御部１６によって７個のアレーの間
で選択するように制御される。完全なアンテナアレー
は、２０ＧＨｚ近くの周波数で上述のアンテナアレーを
利用しながら、アンテナのすきまを共有し、送信された
データを受け取るときに３６０°の指向性ビームの有効
範囲を提供し、及び／又は約１５°のビーム幅の多くの
狭ビームを放射するおよそ３立方インチ（４９．２立方
センチ）の空間を占める。
【００２０】図６に示すように、アレーの第４層３８
は、単一ポールで４倍スローのダイオードスイッチ４２
の２つの段階のカスケードである。適切なポートを選択
するために、バイアス電圧がポートに対応するバイアス
線路４４にかけられる。この構成で、各接点におけるダ
イオードアレーは、接続を解除されたストリップライン
が選択ポートに過度の寄生リアクタンスを導かないよう
に適切な特性を有する。統合アレーのストリップライン
構造と同様に、そのようなダイオード及び／又はダイオ
ードアレーを製造するための知られている技術として、
モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）の技術が
ある。図６に示されるように、ＤＣブロック４６（本質
的にＲＦに対し透過性を有する）は、高周波数信号から
バイアス回路を絶縁するためにストリップラインで使用
される。
は、単一ポールで４倍スローのダイオードスイッチ４２
の２つの段階のカスケードである。適切なポートを選択
するために、バイアス電圧がポートに対応するバイアス
線路４４にかけられる。この構成で、各接点におけるダ
イオードアレーは、接続を解除されたストリップライン
が選択ポートに過度の寄生リアクタンスを導かないよう
に適切な特性を有する。統合アレーのストリップライン
構造と同様に、そのようなダイオード及び／又はダイオ
ードアレーを製造するための知られている技術として、
モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）の技術が
ある。図６に示されるように、ＤＣブロック４６（本質
的にＲＦに対し透過性を有する）は、高周波数信号から
バイアス回路を絶縁するためにストリップラインで使用
される。
【００２１】図７には、多層アンテナアレー１０の部分
断面図が例示される。望ましくは、それぞれの統合アン
テナアレーの第２、第３及び第４層は、信号干渉を抑え
るためにストリップライン構造を利用して製造される。
示されるとおり、平行平板接地面５２は、ストリップラ
イン構造で利用され、厚さがおよそ２ミル（０．０５０
８ミリ）から５ミル（０．１２７ミリ）の間であり、望
ましくは、銅被覆で製造される。しかしながら、他の知
られているタイプの導通材料では、例えば金属や合金が
利用される。また、平行平板の厚さは、利用される導通
媒体によって変化する。図２に示されるように、ストリ
ップラインの周りに置かれた接地面の間の導通バイアホ
ール５４は、ストリップライン構造の平行平板モードに
よって引き起こされるモード抑制に使用される。導通バ
イアホール５４は、ストリップラインの２つの接地面を
接続している導通ショーティングポストを形成するため
に、導通材料、例えば銅でメッキされるそれぞれの接地
面の間の穴である。それぞれの接地プレートの間隔は、
２．３９の比誘電率（εｒ）を有する１０ミル（０．２
５４ミリ）の厚さのフェライト基板５６である。それに
代わるものとして、９．０の比誘電率（εｒ）を有する
２０ミル（０．５０８ミリ）の厚さのアルミナ基板の利
用も可能である。
断面図が例示される。望ましくは、それぞれの統合アン
テナアレーの第２、第３及び第４層は、信号干渉を抑え
るためにストリップライン構造を利用して製造される。
示されるとおり、平行平板接地面５２は、ストリップラ
イン構造で利用され、厚さがおよそ２ミル（０．０５０
８ミリ）から５ミル（０．１２７ミリ）の間であり、望
ましくは、銅被覆で製造される。しかしながら、他の知
られているタイプの導通材料では、例えば金属や合金が
利用される。また、平行平板の厚さは、利用される導通
媒体によって変化する。図２に示されるように、ストリ
ップラインの周りに置かれた接地面の間の導通バイアホ
ール５４は、ストリップライン構造の平行平板モードに
よって引き起こされるモード抑制に使用される。導通バ
イアホール５４は、ストリップラインの２つの接地面を
接続している導通ショーティングポストを形成するため
に、導通材料、例えば銅でメッキされるそれぞれの接地
面の間の穴である。それぞれの接地プレートの間隔は、
２．３９の比誘電率（εｒ）を有する１０ミル（０．２
５４ミリ）の厚さのフェライト基板５６である。それに
代わるものとして、９．０の比誘電率（εｒ）を有する
２０ミル（０．５０８ミリ）の厚さのアルミナ基板の利
用も可能である。
【００２２】図８は、統合アンテナアレーが組込まれて
いる典型的な通信システムを示す。このシステムは、信
号対雑音比と予め定められたしきい値を満たすひずみ率
とを有する信号経路を判定し、選択するように構成され
る。システム１０は、上述の統合多層スイッチトビーム
アンテナアレー１２、送受信機ネットワーク５８及び制
御部６０を含む。
いる典型的な通信システムを示す。このシステムは、信
号対雑音比と予め定められたしきい値を満たすひずみ率
とを有する信号経路を判定し、選択するように構成され
る。システム１０は、上述の統合多層スイッチトビーム
アンテナアレー１２、送受信機ネットワーク５８及び制
御部６０を含む。
【００２３】上述し、図８に示されるように、アンテナ
アレーは、受信されたデータ伝送をサンプルし、処理を
行って、最適な送信機アンテナ及び受信機アンテナの伝
送路を判定する高速通信システムに組み込まれる。
アレーは、受信されたデータ伝送をサンプルし、処理を
行って、最適な送信機アンテナ及び受信機アンテナの伝
送路を判定する高速通信システムに組み込まれる。
【００２４】上述したように、本開示の内容は、最適な
伝送路を判定するために、信号対雑音比及び多重通路ひ
ずみパラメータの利用を含む。このように、受信された
データの伝送は、信号対雑音比が予め定められたしきい
値を超えているかどうか及び信号ひずみパラメータが予
め定められたしきい値を下回っているかどうかを判定す
るために、サンプリング及び処理が行われる。送受信機
回路５８と制御部６０は合計１１２本のビームであるそ
れぞれの受信セクタ（例えば、７個の各アンテナアレー
の１６本の各ビーム）から受ける信号を介して掃引し、
サンプルする。送受信機回路は、標準的な市販の装置を
含む。ガンズ他の米国特許Ｎｏ．４，６１２，５１８を
参照すると、送受信機回路で使用される変調器／復調器
方式が記載されている。制御部は、受信された信号の処
理を行い、それぞれのビームの信号対雑音比及びひずみ
パラメータを判定する。そして、制御部６０は、受信機
及び特定の送信機がデータを転送するときに記憶セクタ
を利用するように、最良の受信機セクタを特定の送信機
セクタと関連づけるデータテーブルを作成する。制御部
６０は、メモリと、送受信機論理及びスイッチマトリク
スを制御する格納プログラムと、以下に記述される最適
伝送路を判定する格納プログラムとを有するプロセッサ
制御ユニットである。制御部の適切な例として、ヒュー
レットパッカード製のＶＸＩバスコントローラモデルＨ
Ｐ７５０００がある。
伝送路を判定するために、信号対雑音比及び多重通路ひ
ずみパラメータの利用を含む。このように、受信された
データの伝送は、信号対雑音比が予め定められたしきい
値を超えているかどうか及び信号ひずみパラメータが予
め定められたしきい値を下回っているかどうかを判定す
るために、サンプリング及び処理が行われる。送受信機
回路５８と制御部６０は合計１１２本のビームであるそ
れぞれの受信セクタ（例えば、７個の各アンテナアレー
の１６本の各ビーム）から受ける信号を介して掃引し、
サンプルする。送受信機回路は、標準的な市販の装置を
含む。ガンズ他の米国特許Ｎｏ．４，６１２，５１８を
参照すると、送受信機回路で使用される変調器／復調器
方式が記載されている。制御部は、受信された信号の処
理を行い、それぞれのビームの信号対雑音比及びひずみ
パラメータを判定する。そして、制御部６０は、受信機
及び特定の送信機がデータを転送するときに記憶セクタ
を利用するように、最良の受信機セクタを特定の送信機
セクタと関連づけるデータテーブルを作成する。制御部
６０は、メモリと、送受信機論理及びスイッチマトリク
スを制御する格納プログラムと、以下に記述される最適
伝送路を判定する格納プログラムとを有するプロセッサ
制御ユニットである。制御部の適切な例として、ヒュー
レットパッカード製のＶＸＩバスコントローラモデルＨ
Ｐ７５０００がある。
【００２５】その他に、制御部１６は、信号対雑音比と
ひずみに対する予め定められたしきい値を格納し、受信
された信号を常時監視し、信号対雑音比がしきい値を下
回ったとき及び／又はひずみがしきい値を上回った場合
に最良の経路を判定するために信号のサンプリングを再
び行う。どの送信機セクタ及びどの受信機セクタが最良
であるかを判定するために、受信される信号のサンプリ
ングを連続的に行い、どの経路が最良であるかを判定す
る他の技術がある。
ひずみに対する予め定められたしきい値を格納し、受信
された信号を常時監視し、信号対雑音比がしきい値を下
回ったとき及び／又はひずみがしきい値を上回った場合
に最良の経路を判定するために信号のサンプリングを再
び行う。どの送信機セクタ及びどの受信機セクタが最良
であるかを判定するために、受信される信号のサンプリ
ングを連続的に行い、どの経路が最良であるかを判定す
る他の技術がある。
【００２６】望ましくは、信号対雑音比及び信号ひずみ
パラメータを判定するために、「アイオープニング」方
式を利用する。「アイオープニング」方式は、Ｓ．ベネ
デット、Ｅ．ビグライリ、及びＶ．カステラーニの「デ
ジタル伝送理論」（プラクティス・ホール・ブック社、
１９８７年、２７８ページ参照）に記載され、知られて
いる。
パラメータを判定するために、「アイオープニング」方
式を利用する。「アイオープニング」方式は、Ｓ．ベネ
デット、Ｅ．ビグライリ、及びＶ．カステラーニの「デ
ジタル伝送理論」（プラクティス・ホール・ブック社、
１９８７年、２７８ページ参照）に記載され、知られて
いる。
【００２７】ここに開示される本発明の実施形態に対
し、その趣旨及び適用範囲から外れることなく様々な変
更を加えることが可能であることが分かるであろう。例
えば、アンテナアレーの統合層構造用の様々なタイプの
導通及び誘電材料に加えて、様々なタイプのアンテナ素
子が考えられる。したがって、上の記載は、本発明を制
限するものとしてではなく、単にその好ましい実施形態
の例として解釈すべきである。これらの技術の専業者
は、記載されている請求項によって規定される本発明の
適用範囲及び趣旨の中で他の変形例を想像できるであろ
う。
し、その趣旨及び適用範囲から外れることなく様々な変
更を加えることが可能であることが分かるであろう。例
えば、アンテナアレーの統合層構造用の様々なタイプの
導通及び誘電材料に加えて、様々なタイプのアンテナ素
子が考えられる。したがって、上の記載は、本発明を制
限するものとしてではなく、単にその好ましい実施形態
の例として解釈すべきである。これらの技術の専業者
は、記載されている請求項によって規定される本発明の
適用範囲及び趣旨の中で他の変形例を想像できるであろ
う。
【図１】本発明による統合多層アンテナアレーの図であ
る。
る。
【図２】本発明の統合アンテナアレーで用いられる４ｘ
４バトラマトリクス用のストリップライン構造を例示し
た図である。
４バトラマトリクス用のストリップライン構造を例示し
た図である。
【図３】図２の４ｘ４バトラマトリクスの概略ブロック
図である。
図である。
【図４】連続して並べられる４つの４ｘ４バトラマトリ
クスを重なっている１６個のパッチアンテナを例示する
図１の統合多層アンテナアレーの２つの層の図である。
クスを重なっている１６個のパッチアンテナを例示する
図１の統合多層アンテナアレーの２つの層の図である。
【図５】連続して並べられる４つの４ｘ４バトラマトリ
クスを例示する図１の多層アンテナアレーの第３層の典
型的なストリップライン構造の図である。
クスを例示する図１の多層アンテナアレーの第３層の典
型的なストリップライン構造の図である。
【図６】単一ポール１６スローのＲＦスイッチを例示す
る図１の統合アンテナアレーの第４層の概略図である。
る図１の統合アンテナアレーの第４層の概略図である。
【図７】図１の４層統合アンテナアレーの部分断面図で
ある。
ある。
【図８】図１の多層アンテナアレーで構成される高速無
線通信システムのための典型的な構成のブロック図であ
る。
線通信システムのための典型的な構成のブロック図であ
る。
１０ アンテナアレー １２ バトラマトリクス １４ 入力ポート １６ 出力ポート １８ 出力ポート ２０ 交差ネットワーク ２２ ハイブリッドカプラ ２４ ハイブリッドカプラ ２８ 交差ネットワーク ３０ 第１層 ３２ アンテナ素子 ３４ 第２層 ３６ 第３層 ３８ 第４層 ４０ 導通バイアホール ４４ バイアス線路 ４６ ＤＣブロック ５２ 平行平板接地面 ５４ 導通バイアホール ５６ フェライト基盤 ５８ 送受信機 ６０ 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ユ シュアン イェ アメリカ合衆国，07728 ニュージャージ ー，フリーホールド，ハンス ブールヴァ ード 65
Claims (25)
- 【請求項１】 アンテナアレー用の多層統合電力分配装
置において、 入力信号に接続可能である複数の入力ポート（１４）及
び複数の出力ポート（１６，１８）を有する電力分配素
子の第１アレーを有する第１層（３０）と、 複数の入力ポート（１４）及び複数の出力ポート（１
６，１８）を有する電力分配素子の第２アレーを有する
前記第１層（３０）から変位された第２層（３４）とか
らなり、 前記複数の入力ポート（１４）の１つは、前記第１アレ
ーの前記複数の出力ポート（１６，１８）の対応する出
力に接続されていることを特徴とする多層統合電力分配
装置。 - 【請求項２】 さらに第３層（３６）を有し、前記第３
層（３６）は入力ポート（１４）及び複数の出力ポート
（１６，１８）を有する選択制御可能なスイッチマトリ
クスを前記第３層（３６）上に備え、前記第３層（３
６）の前記複数の出力ポート（１６，１８）は前記第１
層（３０）の前記複数の入力ポート（１４）にそれぞれ
結合されていることを特徴とする請求項１の多層統合電
力分配装置。 - 【請求項３】 さらに第４層（３８）を有し、前記第４
層（３８）は複数のアンテナ素子（３２）を前記第４層
（３８）上に備え、前記複数のアンテナ素子（３２）は
電力分配素子の前記第２アレーの前記複数の出力の対応
する出力にそれぞれ結合されていることを特徴とする請
求項１の多層統合電力分配装置。 - 【請求項４】 電力分配素子の前記第１アレーは、バト
ラマトリクスのアレーからなることを特徴とする請求項
１の多層統合電力分配装置。 - 【請求項５】 バトラマトリクスの前記第１アレーは、
予め規定された第１平面に入力信号の位相を配列するよ
うに構成されることを特徴とする請求項４の多層統合電
力分配装置。 - 【請求項６】 電力分配素子の前記第２アレーは、バト
ラマトリクスのアレーからなるからなることを特徴とす
る請求項５の多層統合電力分配装置。 - 【請求項７】 バトラマトリクスの前記第２アレーは、
実質的に前記第１平面に交差している予め規定された第
２平面に入力信号の位相を配列するように構成されるこ
とを特徴とする請求項６の多層統合電力分配装置。 - 【請求項８】 多層流線形アンテナアレーにおいて、 入力ポート（１４）及び複数の出力ポート（１６，１
８）を有する選択制御可能なスイッチマトリクスを上に
備える第１層（３０）と、 複数の入力ポート（１４）及び複数の出力ポート（１
６，１８）を有するバトラマトリクスの第１アレーを有
し、前記複数の入力ポート（１４）の１つが前記複数の
スイッチマトリクス出力ポート（１６，１８）の対応す
る出力に接続され、バトラマトリクスの前記第１アレー
がＸ軸に沿って入力信号の位相を配列するように構成さ
れる第１層（３０）から変位された第２層（３４）と、 複数の入力ポート（１４）と複数の出力ポート（１６，
１８）を有するバトラマトリクスの第２アレーを有し、
前記複数の入力ポート（１４）の１つが前記第１アレー
の前記複数の出力ポート（１６，１８）の対応する出力
に接続され、バトラマトリクスの前記第２アレーがＹ軸
に沿って入力信号の位相を配列するように構成される前
記第２層（３４）から変位された第３層（３６）とから
なることを特徴とする多層流線形アンテナアレー。 - 【請求項９】 複数のアンテナ素子（３２）を上に備
え、前記複数のアンテナ素子（３２）の１つがバトラマ
トリクスの前記第２アレーの前記複数の出力の対応する
出力に結合されている第４層（３８）をさらに有するこ
とを特徴とする請求項８の多層アンテナアレー。 - 【請求項１０】 前記第２層（３４）は、ストリップラ
イン構造で構成されることを特徴とする請求項９の多層
アンテナアレー。 - 【請求項１１】 前記ストリップライン構造は、誘電材
料によって前記第２層（３４）から変位された２つの平
行な銅接地面からなることを特徴とする請求項１０の多
層アンテナアレー。 - 【請求項１２】 前記第３層（３６）は、ストリップラ
イン構造で構成されることを特徴とする請求項９の多層
アンテナアレー。 - 【請求項１３】 前記ストリップライン構造は、誘電材
料によって前記第３層（３６）から変位された２つの平
行な銅接地面からなることを特徴とする請求項１２の多
層アンテナアレー。 - 【請求項１４】 前記第４層（３８）は、ストリップラ
イン構造で構成されることを特徴とする請求項９の多層
アンテナアレー。 - 【請求項１５】 前記ストリップライン構造は、誘電材
料によって前記第４層（３８）から変位された２つの平
行な銅接地面で構成されることを特徴とする請求項１４
の多層アンテナアレー。 - 【請求項１６】 前記スイッチマトリクスは、カスケー
ド接続されたダイオードスイッチからなることを特徴と
する請求項９の多層アンテナアレー。 - 【請求項１７】 前記複数のアンテナ素子（３２）のそ
れぞれは、パッチアンテナからなることを特徴とする請
求項９の多層アンテナアレー。 - 【請求項１８】 高速無線データ伝送用の通信システム
において、 少なくとも１つの多層アンテナアレーは、第２層（３
４）上に配置される少なくとも１つのバトラマトリクス
アレーに結合されている第１層（３０）上に配置される
複数のアンテナ素子（３２）を有し、 前記バトラマトリクスアレーは、前記複数の出力が前記
複数のアンテナ素子（３２）の１つと結合されている複
数の出力と、データ伝送信号に選択的に結合されている
複数の入力とを有し、 送信機ネットワークは、前記少なくとも１つのバトラマ
トリクスアレーの前記複数の出力の１つに選択的に接続
可能な出力ポート（１６，１８）を有し、データ伝送信
号を生成するように構成され、 プロセッサは、前記送信機ネットワークと前記送信機ネ
ットワークの前記出力ポート（１６，１８）を前記バト
ラマトリクスアレーの前記複数の入力ポート（１４）の
少なくとも１つに接続する手段とに結合されていること
を特徴とする通信システム。 - 【請求項１９】 前記多層アンテナアレーは、さらに第
３層（３６）上に配置される少なくとも１つのバトラマ
トリクスアレーからなり、 前記第３層バトラマトリクスアレーは、複数の出力ポー
ト（１６，１８）の１つが前記第２層バトラマトリクス
アレーの前記複数の入力ポート（１４）の１つに結合さ
れている前記複数の出力ポート（１６，１８）と、デー
タ伝送信号に選択的に結合される複数の入力とを有する
ことを特徴とする請求項１８の通信システム。 - 【請求項２０】 前記多層アンテナアレーは、さらに前
記第３層（３６）から変位された第４層（３８）からな
り、 前記第４層（３８）は、その上に統合されたスイッチマ
トリクスを有し、 前記スイッチマトリクスは、データ伝送信号に結合され
ている入力ポート（１４）及び複数の出力ポート（１
６，１８）を有し、 前記複数の出力ポート（１６，１８）の１つは、前記第
３層（３６）バトラマトリクスアレーの前記複数の入力
ポート（１４）の対応する入力ポートに結合されている
ことを特徴とする請求項１９の通信システム。 - 【請求項２１】 さらに前記多層アンテナアレーに結合
されている受信機ネットワークからなり、データ伝送信
号を受信するように構成されることを特徴とする請求項
１８の通信システム。 - 【請求項２２】 前記プロセッサは、どの送信機アンテ
ナ素子及びどの受信機アンテナ素子が予め規定された規
準に基づいて最適な伝送路を提供するのかを判定する選
択手段を含むことを特徴とする請求項２１の通信システ
ム。 - 【請求項２３】 前記予め規定された規準は、信号対雑
音比及び多重通路信号ひずみからなることを特徴とする
請求項２２の通信システム。 - 【請求項２４】 狭ビーム無線伝送ネットワークで最適
な伝送路を判定する方法において、 受信されたデータ伝送のための信号対雑音比を判定し、
前記信号対雑音比を予め規定されたしきい値と比較し、 前記受信されたデータ伝送のための多重通路ひずみパラ
メータを判定し、前記多重通路ひずみパラメータを予め
規定されたしきい値と比較し、 前記信号対雑音比及び前記多重通路ひずみパラメータが
前記予め定められたしきい値を満たすときの伝送路を選
択することを特徴とする最適伝送路判定方法。 - 【請求項２５】 狭ビーム無線伝送ネットワークで最適
伝送路を判定する方法において、 送信位置及び受信位置で少なくとも１つの多層アンテナ
アレーを提供し、前記少なくとも１つのアンテナアレー
は、第２層（３４）上に配置される少なくとも１つのバ
トラマトリクスアレーに結合されている第１層（３０）
上に配置される複数のアンテナ素子（３２）を有し、前
記バトラマトリクスアレーは、複数の出力の１つが前記
複数のアンテナ素子（３２）の１つに結合されている前
記複数の出力と、データ伝送信号に選択的に結合される
複数の入力とを有し、 送信位置で前記アンテナアレーに送信機ネットワークを
結合し、前記送信機ネットワークは、前記少なくとも１
つのバトラマトリクスアレーの前記複数の入力の１つに
選択的に接続可能な出力ポート（１６，１８）を有し、
データ伝送信号を生成するように構成され、 受信位置で前記アンテナアレーに受信機ネットワークを
結合し、前記受信機ネットワークは、データ伝送信号を
受信するように構成され、 前記受信されたデータ伝送のための信号対雑音比を判定
し、前記信号対雑音比を予め規定されたしきい値と比較
し、 前記受信されたデータ伝送のための多重通路ひずみパラ
メータを判定し、前記多重通路ひずみパラメータを予め
規定されたしきい値と比較し、 前記信号対雑音比及び前記多重通路ひずみパラメータが
予め定められたしきい値を満たすときの送信機及び受信
機の位置の間の伝送路を選択することを特徴とする最適
伝送路判定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US503758 | 1995-07-18 | ||
| US08/503,758 US5610617A (en) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | Directive beam selectivity for high speed wireless communication networks |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09172317A true JPH09172317A (ja) | 1997-06-30 |
| JP3349896B2 JP3349896B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=24003387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18921896A Expired - Fee Related JP3349896B2 (ja) | 1995-07-18 | 1996-07-18 | 多層流線形アンテナアレー、通信システム、最適伝送路判定方法、及び多層アンテナ供給ネットワーク |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5610617A (ja) |
| EP (1) | EP0755093A1 (ja) |
| JP (1) | JP3349896B2 (ja) |
| CA (1) | CA2181282C (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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